澄合矿区工作面高效回采保障措施

为确保澄合矿区采煤工作面的安全高效回采,以矿区所属山阳煤矿、合阳公司、董矿分公司以及董东煤业4对生产矿井回采出现的问题为参照,从管理及技术2方面,提出适合澄合矿区的高效回采保障措施。从强化人才队伍建设、强化设备全生命周期管理、做好环境不安全因素的应对措施管理以及深入开展采煤工作面全过程质量管理4个方面入手,总结生产中的问题及处理措施,形成可复制、借鉴的管理经验。从技术上,结合近年来为解决生产过程中的问题开展科研攻关所取得的技术成果,通过注浆加固、切顶卸压、水害超前治理等技术手段,为矿区复杂地质条件下工作面开采提供参考。

大采高工作面端头静态胀裂切顶技术研究

大采高工作面回采过程中,端头后方顶板不易及时垮落。优选适应性高、安全高效的大采高工作面端头切顶技术与工艺,对于煤矿安全生产具有一定现实意义。通过对高效煤岩静态胀裂剂性能和现场工程应用实践的不断探索和深入,以大柳煤矿1405大采高工作面隅角悬顶问题为研究背景,采用高效煤岩静态胀裂切顶卸压技术,通过优化设计钻孔关键参数及数值模拟分析等技术手段,构建一套适用于大采高强矿压工作面的静态胀裂切顶技术与工艺,使端头顶板实现定向垮落。经实践表明,高效煤岩静态胀裂切顶卸压技术保证了顶板及时垮落,有效防止了端头处坚硬顶板悬顶距离过长对巷道内超前支护段造成强矿压影响。

我国厚煤层开采方法的选择原则与发展现状

针对目前厚煤层开采方法的发展和应用现状,分析了大采高和放顶煤开采2种方法在技术和经济上的优越性及适用条件,对大采高存在的工作面煤壁片帮与设备下滑问题,以及放顶煤存在采出率低、瓦斯与煤自燃防治、坚硬顶煤的弱化等问题,提出了在开采技术上应该采取的有效措施。探讨了将来厚煤层开采技术的研究重点与采煤方法选择原则。重点从开采技术与工艺以及安全生产现状方面对厚煤层开采的三种方法进行了分析,指出了目前我国厚煤层开采现状及国家的技术政策,确定了厚煤层开采技术研究的重点和发展方向。

超长大采高综采工作面过大落差断层技术及应用

为了确保超长大采高工作面顺利过大落差正断层,采用相似材料模拟和数值模拟试验,分析了大落差正断层及不同采高、不同工作面长度条件下综采工作面围岩力学特征。试验结果分析表明,大落差断层的存在是影响工作面顶板下沉不连续、支承压力演化不均匀的主要因素,而工作面采高和长度的增加对支承压力分布的影响小于对顶板下沉的影响,工作面顶板最大下沉量与采高呈指数关系、与工作面长呈对数关系。提出了整体从上盘留顶破底调斜推进、局部辅助爆破破顶过F18断层的方法与技术方案,采用具有良好控顶护帮功能的ZZ13000-27/60液压支架,采取超高段巷道提前接顶、破碎区注浆加固等技术措施,实现了超长大采高综采面安全、快速过大落差断层,工程应用效果良好。

深部高强锚注切顶自成巷方法与验证

针对深部高应力回采巷道围岩控制难题,以我国最大采深矿井——山东泰安孙村煤矿为工程背景,对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析,结果表明:巷道围岩变形量大,破坏范围广,锚杆大部分处于强度劣化区内,难以发挥支护作用,锚索受力大,接近极限破断力。为解决上述问题,系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究,建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标,对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此,提出了深部高强锚注切顶自成巷方法,利用高强锚注提高巷道顶板完整性,利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递,使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性,利用自主研发的地质力学模型试验系统,开展了模型试验对比研究,高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%,围岩变形量为后者的45.1%,应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究,提出了相应的工程建议,并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用,监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形,实现了无煤柱开采。

大采高工作面矸石充填开采技术效果分析

为准确评价大采高综合机械化矸石充填效果,采用理论分析、实验室试验与工程实践相结合的方法,以东坪煤矿建筑物下厚煤层资源回采为研究背景,确定了影响充填质量的评价因素,建立了大采高综合机械化矸石充填质量评价技术体系。研究结果表明:由充填开采岩层移动规律、影响充填质量的因素、质量检测参数、质量检测系统布置、质量检测评价手段等分系统组成的充填质量评价技术体系可以较准确评价充填质量,并在东坪煤矿成功进行了充填质量检测及评价,取得了显著的社会效益和经济效益,为类似条件村庄压煤采用矸石充填技术提供了指导和参考。

大采高综采工作面粉尘分布特征研究

为了掌握大采高综采工作面的粉尘分布特征,在采煤工作面布置测点进行粉尘质量浓度和粉尘分散度测定,并分析其浓度及特征粒径的分布规律,结果表明:采煤和移架作为工作面的主要尘源,移架的产粉尘质量浓度更大,呼吸性粉尘所占比例更高;工作面大于10μm的粉尘分散度最大,在粉尘中占主要比例。小于10μm的粉尘分散度为16.32%~41.16%;从采煤机到工作面进风口,粉尘中位粒径依次减小,呼吸性粉尘所占比例依次增加,主要粒径的分布范围更加集中,索太尔平均粒径依次减小,比表面积依次增加;采煤工作面工作人员的接触粉尘以粒径小于10μm的粉尘为主,所占比例为61.36%,中位粒径为7.68μm,主要粉尘粒径分布范围为1.74~20.39μm。

大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术

为控制大采高综采工作面煤壁片帮,通过理论分析、数值模拟、现场实测等研究方法。研究了大采高综采工作面煤壁片帮机理,在此研究基础上,根据淮南张集矿1215(3)大采高综采工作面具体条件,提出了俯斜开采、采用高阻力结构合理的液压支架、加快工作面推进速度、加固煤壁和及时带压移架等控制煤壁片帮技术,应用实践表明,控制煤壁片帮效果良好。

仰采大采高工作面煤壁片帮影响因素分析及控制措施研究

针对东庞煤矿大采高工作面仰采阶段的煤壁片帮具体情况,通过理论分析、数值模拟、室内实验、现场实测等研究手段,研究了仰采大采高工作面煤壁片帮的影响因素,提出了提高支架初撑力、降低割煤高度、加快工作面推进速度和煤壁注浆加固等控制煤壁片帮技术措施,并取得了良好的应用效果。论文的研究结论对于如何提高仰采大采高综采工作面的开采效率和应用成功率具有一定的借鉴意义。

大采高综采设备在斜沟煤矿厚煤层回采中的应用

通过分析斜沟煤矿引进的国外大采高综采设备的应用情况,发现工作面端头围岩稳定性对工作面推进速度与开机率及工作面煤壁片帮有较大影响。为此,通过采取加强工作面端头及平巷支护,对工作面矿压实时进行动态监测,及时带压擦顶移架可加快工作面推进速度,对煤壁节理裂隙发育、煤体松散破碎和片帮严重的区域,采用加强支护或煤壁固化的方法以及严格控制工作面质量管理等安全措施。结果表明,采取上述措施后,18102工作面最高日产量达到42 180 t,月循环率达到85%,工作面平均回采工效902 t/工,采出率达到93%以上。

淮北矿区三软合并煤层大采高液压支架设计

介绍淮北矿区三软合并煤层赋存条件开采工艺及液压支架选型,针对矿区煤层赋存特点,提出大采高一次采全高的开采方式,针对三软合并煤层的特性对大采高综采液压支架的支护强度、护帮机构、稳定性以及底板比压等问题进行了改进,在三软合并煤层上实现了大采高开采。

互联网+大采高工作面智能化升级关键技术

为实现煤矿少人化、智能化、无人化开采的目标,将互联网、大数据、云计算、人工智能化等与煤炭行业深度融合,结合红柳林煤矿大采高工作面自动化建设现状,通过分析研究将高清可视化技术、姿态监控技术、防碰撞技术、人员安全感知技术、EtherNet/IP通信技术、远程技术支持平台建设等关键技术应用于大采高工作面智能化升级改造设计,以实现工作面减人提效、安全高效自动化生产的建设目标。最终通过项目实施,总结"互联网+大采高工作面智能化"开采经验,将有力促进数字化智能化矿井建设,推进全国煤矿安全生产形势稳定好转和煤炭工业可持续发展。

底层大采高综放全厚开采20m特厚中硬煤层的物理模拟研究

根据酸刺沟煤矿6–1#煤层的赋存条件,运用1∶30的大比例物理模拟试验,研究底层4.5m大采高综放全厚开采20m特厚煤层顶煤和顶板垮落特征、采空区垮落矸石的碎胀特性和堆积角、支架的工作阻力、煤炭回收率以及煤壁前方支承压力作用特征等。研究结果表明:(1)底层大采高综放全厚开采20m特厚中硬煤层,在技术上是可行的。(2)根据顶煤、顶板垮落特征,工作面的开采过程可分为初采阶段、过渡阶段和正常放煤阶段。在初采与过渡阶段,煤炭回收率n随工作面推进距离L的增加呈对数规律提高。(3)进入正常放煤后,顶煤放出率可以达到70%,工作面采出率可以达到75%。顶煤放出率随顶板岩梁的垮落呈周期性变化。(4)在支架后方会出现大厚度顶煤悬伸,顶板周期性垮落时会发生大高度切顶现象,要求支架有足够的抵抗顶煤、顶板断裂产生的向后旋转作用力。(5)为确保安全和顶煤及时垮落,应实施预爆破或预注水弱化顶煤措施。

大采高综放开采煤岩体冒落规律数值模拟研究

为得到厚煤层大采高综放开采煤岩体冒落规律,采用改进的非连续变形数值模拟分析DDA软件研究不同回采阶段大采高综放开采工作面的应力场及煤岩体运移规律。结果表明:随着工作面的回采,采场周围的圆形应力场逐步转变为椭圆形应力场,且出现3个明显的分区,即应力释放区、应力升高区及两者间的过渡区,同时水平位移随时间变化较为复杂,而垂直位移变化具有一定的规律,通过垂直位移的变化可将上覆岩层划分为"三带",得到了大采高综放工作面覆岩和顶煤运移规律。

对接长锚杆在深井大采高窄煤柱巷道支护中的应用

为解决深井大采高窄煤柱巷帮破碎深度大和锚索延伸率低的问题,提出了采用巷顶对接长锚杆取代锚索,巷帮刚性长螺纹对接长锚杆取代短锚杆的支护技术。基于现场实测和FLAC3D数值模拟确定了对接长锚杆支护方案,优化了锚杆支护参数,并进行了现场对比试验,结果表明:锚索支护效果与顶板下沉量有很大关系,由于锚索支护强度高,但在顶板下沉量超过锚索延伸量时,大量锚索发生破断、失效,然而对接长锚杆均无破断现象,起到了较好的支护作用;帮部刚性长螺纹对接长锚杆支护在掘采期间均能较好地控制两帮移近量,并缩短了两帮变形稳定时间。

大采高工作面三角区片帮防治技术

针对大采高工作面三角区应力集中且矿压显现强烈,导致回采过程中煤壁大面积片帮等问题,通过理论分析、现场实测、工业试验等方法,分析了寺河煤矿1308大采高工作面端头区顶板三角煤在二次采动影响下的破坏机理,以及大采高工作面超前支承压力影响范围和破坏范围,为防治片帮采取合理注浆区域、注浆时机和注浆参数的选择提供依据。研究结果表明：超前支承压力的影响范围为35 m,在工作面前方8 m处最大,最大值为22.3 MPa,新型无机注浆材料具有不离析、不倒缩、结实率高达100%等优点,能够使煤体完整性和稳定性明显增强,片帮深度减少到平均0.5~0.6 m,注浆效果明显。

大采高综采工作面片帮加剧机理分析及防治措施

片帮冒顶制约了大采高综采工作面安全高效开采,因此对大采高综采工作面片帮加剧机理进行分析,发现影响工作面片帮的因素有采高、内摩擦角等,运用数值模拟的方法研究了不同采高下的煤壁片帮条件及临界护帮长度,并结合神东矿区的煤层条件,提出提高支架前端的护帮力、支架初撑力和前端支顶力,增加护帮的长度等控制大采高综采工作面片帮的6种措施。

阳泉矿区首采大采高综采面矿压规律实测分析

寺家庄煤矿15104工作面是阳泉矿区首个大采高综采工作面,为了了解工作面矿压规律,对15104工作面进行了现场矿压实测与分析,结果表明,工作面初次来压步距为35.8m,周期来压步距为17.9m,动载系数为1.48,工作面中部来压超前于两端1～2m,支架初撑力偏低。实测结果对相同条件下煤层开采采场围岩控制和指导实践具有重要意义。

大采高综采支架初撑力对煤壁稳定性的影响研究

为了解决大采高综采工作面易发生煤壁片帮及其难以控制的问题,提出了将控制煤壁片帮的切入点放在液压支架上,通过采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了综采液压支架初撑力为0-5 000 k N时对煤壁稳定性的影响规律。研究结果表明：当液压支架初撑力由0增大到5 000 k N时,煤壁内破坏深度由3.0 m减小为1.5 m,垂直集中应力峰值减小24%,煤壁处顶板下沉量减小24mm,煤壁水平偏移量减小8 mm。现场实测结果显示,提高液压支架初撑力能有效减小煤壁片帮次数和片帮深度;改善煤壁受力状态,最终减小煤壁片帮发生的概率。

年产1400万t大采高工作面关键技术研究

基于神东矿区浅埋深大采高工作面年产1 400万t的生产经验,在分析工作面地质条件的基础上,介绍了大采高工作面巷道布置和设备配套情况,并对大采高工作面顶板岩层控制、巷道支护、末采贯通、两端头垂直过渡、巷道底鼓治理、防止煤壁片帮等关键技术进行研究。结果表明:末采贯通期间对挂网工艺进行优化,将大采高工作面末采挂网时间由原来的7 d缩短为2.5 d;大采高工作面两端头采用垂直过渡后单工作面多采出煤炭约120万t,煤炭采出率提高约2%;通过采用超前起底+预制混凝土块+密集单体+帮部加固联合治理底鼓的工艺,工作面在底鼓段的推进速度提高了10倍。通过采取一系列的关键技术,保证了工作面安全高效回采,实现了单工作面年产1 400万t的目标。